(57)【要約】  液体が逆流し難く、軽量で強度が高いループ型熱輸送機器を提供することを目的とする。  循環液（２５）を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路（３）が内部に形成され、外部に発熱体（２４）が設置された金属製の蒸発板（４）で構成される蒸発器（２）と、循環液の熱を放出する放熱器（５）と、熱交換器内部流路となる伝熱管（１５）と、この伝熱管（１５）の周囲に位置し、蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口（２８）から送出される循環液およびこの循環液の蒸気が収容される収容部（１８）とを有して、伝熱管（１５）の内部の循環液と収容部（１８）の蒸気との間で熱交換させる熱交換器（１２）とを備えたループ型熱輸送機器であって、蒸発器内部流路の循環液に接する内面は、蒸発板（４）の金属とは異なる金属で形成されたものである。
2012026221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環液を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路が内部に形成され、外部に発熱体が設置された金属製の蒸発板と、上記蒸発器内部流路下方に位置する予熱液送入口が接続される蒸発器ヘッダ管とで構成される蒸発器と、
上記循環液の高温液体送入口と放熱器内部流路と低温液体送出口とを有し、循環液の熱を放出する放熱器と、
上記放熱器の低温液体送出口から放出された循環液が送入される低温液体送入口を有する熱交換器入口ヘッダと、予熱液体流路を通じて上記蒸発器ヘッダ管へ循環液が送出される予熱液体送出口を有する熱交換器出口ヘッダと、上記熱交換器入口ヘッダと上記熱交換器出口ヘッダとを連結する熱交換器内部流路となる伝熱管と、この伝熱管の周囲に位置し、上記蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口から送出される循環液とこの循環液の蒸気とが収容される収容部とを有して、上記伝熱管の内部の循環液と上記収容部の蒸気との間で熱交換させる熱交換器と、
上記収容部から循環液が送出される高温液体送出口と上記放熱器の高温液体送入口とを連結する高温液体流路と
を備えたループ型熱輸送機器であって、
上記蒸発器内部流路の上記循環液に接する内面は、上記蒸発板の金属とは異なる金属で形成されたことを特徴とするループ型熱輸送機器。
【請求項２】
上記循環液が水を含む液体であり、上記蒸発器内部流路の上記循環液に接する内面は、水素よりも標準電極電位が大きい金属で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項３】
上記蒸発板は、上記蒸発器内部流路の上記循環液に接する内面を形成する金属よりも密度が小さい金属材料で構成されたことを特徴とする請求項２に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項４】
上記蒸発板はアルミニウム板であり、上記蒸発器内部流路は、上記蒸発板の内部に形成された貫通穴に蒸発管を挿入して形成されたことを特徴とする請求項３に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項５】
上記蒸発管が上記収容部内に突き出ていることを特徴とする請求項４に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項６】
上記蒸発管の上記収容部内への突き出し寸法が３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項７】
上記蒸発管を銅パイプとしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項８】
上記蒸発管の内面を銅メッキしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項９】
上記蒸発板はアルミニウム板であり、上記蒸発器内部流路は、上記アルミニウム板に形成された貫通穴の内面を銅メッキして形成されたことを特徴とする請求項３に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１０】
上記蒸発板の両面に上記発熱体を設置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１１】
上記発熱体を複数設置し、この複数の発熱体のうち、より効率高く冷却する必要がある発熱体を他の発熱体よりも上記蒸発板の中央寄りに設置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１２】
上記蒸発器内部流路の内面にフィンを設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１３】
上記低温液体送出口と上記高温液体送入口とを上記放熱器の同じ側に配置するとともに、上記低温液体送出口に低温液体送出パイプを接合し、上記高温液体送入口に高温液体送入パイプを接合して、上記低温液体送出パイプと上記高温液体送入パイプとが貫通する取り付け板を設け、上記低温液体送出パイプを上記熱交換器の上記低温液体送入口に接合し、上記高温液体送入パイプを上記高温液体流路に接合したことを特徴とする請求項１に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１４】
上記取り付け板はアルミニウム板であることを特徴とする請求項１３に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１５】
上記収容部における二相流体送出口を囲むようにガイドを設け、このガイドで区切られた空間のうち上記二相流体送出口を含まない空間を高温液体の専用通路としたことを特徴とする請求項１に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１６】
上記蒸発板を支える固定部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１７】
上記伝熱管が複数平行して設けられ、上記複数の伝熱管同士のうち隣接する伝熱管の隙間を３ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項１８】
上記熱交換器または上記予熱液体流路に、外部から排気および循環液を封入するための封止パイプを設けたことを特徴とする請求項１に記載のループ型熱輸送機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱輸送機器に関するものであり、特に外部動力を必要としない気泡ポンプを利用したループ型熱輸送機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギ供給設備、情報通信設備、交通設備などのライフラインに係る重要設備において、近年、多くの電子機器が使用されている。これらの電子機器は、安定して確実に動作させる必要があり、電子機器からの発熱を効率良く放熱する必要がある。放熱する手段としては多種多様の形態があるが、高効率で省エネ・環境保全に即した高信頼性を有する放熱手段の一つとして、外部動力を必要としない気泡ポンプを利用した冷却装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この冷却装置では、熱交換用循環溶液の相変化によって生じる循環溶液輸送パイプ内の密度差（密度差によって生じる浮力）を利用して、機器内を熱交換用循環溶液が循環するように構成しているので、ループ型熱輸送機器と呼ばれる。【０００３】
特許文献１に記載されたループ型熱輸送機器では、加熱熱交換器から二相流体送入口までの気液二相流体送入パイプ内の気液二相流体の見かけの密度と、該区間と同じ高さの区間における循環溶液輸送パイプ内の熱交換用循環溶液の密度との密度差を利用して熱交換用循環溶液を循環させている。また、この循環を繰り返すことによって、加熱熱交換器から伝達された高温度の熱を顕熱放出熱交換器と放熱器とへ輸送し、顕熱放出熱交換器と放熱器とから熱を必要とする別の機器または低熱源に熱を輸送するようにしている。【０００４】
このループ型熱輸送機器において、加熱熱交換器（蒸発器）をブロック状の金属で構成し、この金属ブロック内部に通流路を形成してこの通流路内を循環液が流れるようにすることで、強度が高く放熱特性が良いループ型熱輸送機器とするものがある（例えば特許文献２）。【０００５】
また、特許文献１や特許文献２に記載されているループ型熱輸送機器とは構成が異なる冷却システムとして、特許文献３に記載されたものがある。特許文献３には、受熱部、バブルポンプ、ラジエータ・コンデンサ、パイプ部をループ状に結合して熱を輸送する冷却システムが記載されている。この特許文献３に記載された冷却システムでは、受熱部の上方にパイプ状のバブルポンプを設けている。特許文献３に記載された冷却システムでは液体が逆流する恐れがあり、逆流を防止するためにバブルポンプの出口をラジエータの液体レベルよりも上になるように配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９５２２６号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１１９７８３号
【特許文献３】特表２００７−５１３５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された従来のループ型熱輸送機器は、加熱熱交換器（蒸発器）に循環液を送入および送出する気液二相流体送入パイプを配管で構成しているので、強度が低いという問題があった。また、特許文献３に記載された冷却システムは、全体の詳細構造が明確ではないが、図面からは特許文献１に記載されたものと同様、パイプを主体とした構造となっており、やはり強度が低いという問題がある。【０００８】
さらに特許文献３では、特許文献１や特許文献２に記載されたループ型熱輸送機器よりも液体が逆流し易いという問題もある。また、特許文献１や特許文献２に記載されたループ型熱輸送機器では放熱器の設置位置に制約は無いが、特許文献３に記載された冷却システムは放熱器を機器の上部に設置しなければならないという制約もある。【０００９】
また、特許文献２に記載された従来のループ型熱輸送機器は、蒸発器が銅等の金属に穴加工をしたブロック状の金属で構成されているので、強度が高く放熱特性は良いが、重量が大きいという問題があった。【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、液体が逆流し難く、軽量で強度が高いループ型熱輸送機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、循環液を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路が内部に形成され、外部に発熱体が設置された金属製の蒸発板と、蒸発器内部流路下方に位置する予熱液送入口が接続される蒸発器ヘッダ管とで構成される蒸発器と、循環液の高温液体送入口と内部流路と低温液体送出口を有し循環液の熱を放出する放熱器と、放熱器の低温液体送出口から放出された循環液が送入される低温液体送入口を有する熱交換器入口ヘッダと、予熱液体流路を通じて蒸発器ヘッダ管へ循環液が送出される予熱液体送出口を有する熱交換器出口ヘッダと、熱交換器入口ヘッダと熱交換器出口ヘッダとを連結する熱交換器内部流路となる伝熱管と、この伝熱管の周囲に位置し、蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口から送出される循環液およびこの循環液の蒸気が収容される収容部とを有して、伝熱管の内部の循環液と収容部の蒸気との間で熱交換させる熱交換器と、収容部から循環液が送出される高温液体送出口と放熱器の高温液体送入口とを連結する高温液体流路とを備えたループ型熱輸送機器であって、蒸発器内部流路の循環液に接する内面は、蒸発板の金属とは異なる金属で形成されたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、循環液が逆流せず、軽量で強度が高いループ型熱輸送機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるループ型熱輸送機器の構成を示す、図１のＡ−Ａ断面での断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるループ型熱輸送機器の構成を示す、図１のＢ−Ｂ断面での断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるループ型熱輸送機器の構成を示す、図３の蒸発管３の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２によるループ型熱輸送機器の構成を示す、図５のＡ−Ａ断面での断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３によるループ型熱輸送機器の構成を示す、図７のＡ−Ａ断面での断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４によるループ型熱輸送機器の要部の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４によるループ型熱輸送機器の効果を説明する模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態５によるループ型熱輸送機器の要部の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態６によるループ型熱輸送機器の一部組み立て前の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態６によるループ型熱輸送機器の組み立て後の構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態７によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態７によるループ型熱輸送機器の構成を示す、図１４のＡ−Ａ断面での断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態８によるループ型熱輸送機器の要部の構成を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態８によるループ型熱輸送機器の要部の別の構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態８によるループ型熱輸送機器の要部のさらに別の構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態８によるループ型熱輸送機器の要部のさらに別の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図であり、図２は、図１に示すＡ−Ａ断面における断面図、図３は、図１に示すＢ−Ｂ断面における断面図である。ループ型熱輸送機器１は蒸発器２と放熱器５と熱交換器１２を有し、流路がループ状になるようにそれぞれが配管で接続されており、内部を循環液２５が循環することで熱を輸送する構成となっている。
【００１５】
図３に示すように、蒸発器２は、蒸発板４の内部に蒸発器内部流路となる蒸発管３を有しており、図４の部分拡大図に示すように、固定材２９としてはんだやろう材などを用いて蒸発管３が蒸発板４に接合される。実施の形態１では蒸発管３の本数と同数の穴を蒸発板４にあけ、蒸発管３を挿入し固定材２９で接合しているが、この構成に限らず蒸発管３を蒸発板４で固定できる構成であればよい。蒸発管３の下端となる予熱液体送入口２２は、蒸発管３の本数と同数の穴を設けた蒸発器ヘッダ管２３と、ろう付け、溶接などを用いて接合される。また、蒸発板４の外面には複数の発熱体２４が設けられている。
【００１６】
放熱器５は、高温液体送入口６を有した放熱器入口ヘッダ７と低温液体送出口１０を有した放熱器出口ヘッダ９の間を放熱器内部流路８で連結され、放熱器内部流路間には複数の放熱フィン１１が設けられている。なお、放熱器５は図１の形状に限らず、循環液２５の熱を外部に放出できればよく、その形状、寸法、構造に特に制限はない。
【００１７】
熱交換器１２は、熱交換器入口ヘッダ１４と収容部１８と熱交換器出口ヘッダ１７が接合された円筒状の容器であり、熱交換器入口ヘッダ１４と熱交換器出口ヘッダ１７は熱交換器内部流路となる複数の伝熱管１５により連結されている。
【００１８】
熱交換器入口ヘッダ１４は低温液体送入口１３を有しており、放熱器５の低温液体送出口１０と接合されている。熱交換器出口ヘッダ１７は予熱液体送出口１６を有しており、予熱液体流路２１を介して蒸発器ヘッダ管２３と接合されている。収容部１８は高温液体送出口１９を有しており、高温液体流路２０を介して放熱器の高温液体送入口６と接続されている。また、収容部１８の下方には蒸発器２が配置されており、収容部１８の下方に蒸発管３の本数と同数の穴を設け、蒸発管３上方の二相流体送出口２８と接合される。なお、接合方法としては、ろう付け、溶接などを用いる。放熱器５と熱交換器１２の間には取り付け板２７が設けられており、所定の箇所に取り付けが可能となっている。
【００１９】
以下に動作原理を示す。ループ型熱輸送機器の内部は真空排気されて循環液２５が封入されている。蒸発器２では、発熱体２４で発生した熱により、蒸発管３を流れる循環液２５が加熱されて昇温し、循環液２５の一部が蒸気２６となり、高温の循環液２５と蒸気２６の気液二相流体を生成する（図２参照）。蒸発管３内では気液二相流体の見かけの密度と循環液２５の密度との差から生じる浮力によって気液二相流体を上昇させ二相流体送出口２８から気液二相流体が熱交換器１２の収容部１８へ送入される。
【００２０】
収容部１８内部では放熱器５から伝熱管１５内に送出された低温の循環液２５と、伝熱管１５外部の蒸気２６とが伝熱管１５の壁を介して熱交換し、蒸気２６が凝縮されて液体へと相変化し、高温の循環液２５と共に液単相となり高温液体送出口１９から送出される。
【００２１】
高温の循環液２５は高温液体流路２０を通り、高温液体送入口６から放熱器５の放熱器入口ヘッダ７へ送入される。放熱器入口ヘッダ７は高温の循環液２５を放熱器内部流路に分配する機能を有している。分配された高温の循環液２５は複数設けられている放熱器内部流路８を通流し、放熱フィン１１から熱を放出することで低温の循環液２５となり放熱器出口ヘッダ９で合流し、低温液体送出口１０から送出される。
【００２２】
低温の循環液２５は低温液体送入口１３から熱交換器１２の熱交換器入口ヘッダ１４へ送入され、伝熱管１５へと分配される。伝熱管１５では、前述のように低温の循環液２５が収容部１８内の蒸気２６と伝熱管１５の壁面で熱交換し、伝熱管１５を通流する循環液２５は昇温する。昇温した循環液２５は熱交換器出口ヘッダ１７で合流し、予熱液体送出口１６から送出される。
【００２３】
熱交換器出口ヘッダ１７から送出された循環液２５は予熱液体流路２１を通流し、蒸発器ヘッダ管２３へ流入する。蒸発器ヘッダ管２３は循環液２５を蒸発管３へ分配する機能を有している。循環液２５は予熱液体送入口２２から蒸発管３へ送入され、一連のループを形成している。
【００２４】
以上の構成により、二相流体送出口２８から送出される循環液２５の気液二相流体の蒸気２６は熱交換器１２の収容部１８内で伝熱管１５の壁を介して熱交換されて液体となるので、収容部１８内部（蒸発管３の二相流体送出口２８周辺）の圧力は低く保たれ、蒸発管３へ循環液２５が逆流し難い構成となっている。
【００２５】
循環液２５としては、熱伝導率や比熱の大きい熱特性のよい流体や粘性係数が小さく流動特性が良い流体を用いることが好ましい。気体の密度に対する液体の密度の比が大きい流体が好ましく、蒸留水、アルコール、液体金属などの単一成分からなる流体、または不凍液、アルコール水溶液等の多成分流体が使用される。多成分流体を用いた場合には、気化する成分と気化しない成分があるが、収容部１８内で蒸気２６が凝縮して生成された液体成分が収容部１８内で撹拌・混合され、循環液２５として高温液体送出口１９から送出される。
【００２６】
従来の、特許文献２に開示されたループ型熱輸送機器では、蒸発器が穴加工をしたブロック状の金属体で構成されていた。ブロック状の金属体である蒸発器全体は、蒸留水や不凍液などの水を含む循環液を用いる場合に不凝縮ガスの発生を抑えるため銅で構成する必要があり重量が大きくなるという問題があった。しかし、本実施の形態１のループ型熱輸送機器１では、蒸発器２を、循環液２５に接触する蒸発管３と、循環液２５に接触しない蒸発板４とで構成したため、循環液２５と接触する蒸発管３のみを銅とし、重量の多くを占める蒸発板４をアルミニウムなど軽い金属とすることで、蒸発器２全体を軽量化することが可能となる。また、蒸発管３をアルミニウムなど銅以外の金属のパイプとして、内面を銅メッキしても良い。
【００２７】
なお、ループ型熱輸送機器の部品の材質としては熱伝導性のよい金属が好ましい。前記のように実施の形態１では蒸発板４をアルミニウムとし、それ以外を銅としている。蒸留水や不凍液などの水を含む循環液２５を用いる場合は、接液部を銅とすることで不凝縮ガスの発生を抑え、冷却性能の劣化を防ぐことができる。なお、アルミニウムで構成される部品の外側表面をメッキ加工することで耐食性を向上させても良い。
【００２８】
また、ループ型熱輸送機器１の全ての部品の材質をアルミニウムとしても良い。このとき、循環液２５として蒸留水や不凍液などの水を含む循環液２５を用いる場合は、アルミニウム製部品の接液面を銅メッキすることで不凝縮ガスの発生を抑え、冷却性能の劣化を防ぐことができる。部品を全てアルミニウム化することで、銅製の部品を用いた場合と比較して大幅に軽量化することが可能となる。また、蒸発管３を設けずに、蒸発板４をアルミニウム板で構成し、このアルミニウム板に貫通穴を形成し、貫通穴の内面を銅メッキすることで、貫通穴自身を蒸発器内部流路としてもよい。
【００２９】
以上のように、蒸発器内部流路の循環液２５に接する内面は、循環液２５に対して腐食し難い金属で形成するのが好ましい。循環液２５が、蒸留水や不凍液のように水を含む液体の場合、腐食し難い金属として、水素よりも標準電極電位が大きい（イオン化傾向が小さい）金属を選択するのが好ましい。また、蒸発板４は軽い金属、すなわち、蒸発器内部流路の循環液２５に接する内面を形成する金属よりも密度が小さい金属材料により構成するのが好ましい。
【００３０】
発熱体２４は図２や図３に示すように蒸発板４の両面に設けてもよいし、片面に設けてもよい。本実施の形態１では蒸発板４の内部に管状の蒸発管３が配置されているので、発熱体２４を両面に設けても、発熱体２４の熱を効率よく循環液２５に移送することができ、複数の発熱体を同時に冷却できる。
【００３１】
また、複数の発熱体を設ける場合、発熱量が大きい発熱体や、温度をより低くする必要がある発熱体など、より効率高く冷却する必要がある発熱体２４０を、図３の断面図における中央付近に設けてもよい。すなわち、図３において、中央付近に設置されている発熱体２４０が、周辺に設置されている発熱体２４よりも高効率冷却が必要な発熱体である。蒸発器２の中央付近は蒸発管３の通流特性が良いため、高効率冷却が必要な発熱体２４０を中央付近に配置することで、放熱特性を向上させることが可能となる。
【００３２】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。また、図６は、図５のＡ−Ａ断面での断面図である。図５および図６において、図１および図２と同一符号は同一または相当する部分を示す。図５および図６に示すように、実施の形態５によるループ型熱輸送機器１では、蒸発管３の二相流体送出口２８は、収容部１８の下面からの突き出し高さｈが３ｍｍ以上となるように配置されている。
【００３３】
高さｈが小さいと、蒸発管３の二相流体送出口２８が循環液２５で満たされるため、収容部１８へ送出される循環液２５の二相流体の流動抵抗が大きく、循環流量が低下し放熱特性が悪化する。
【００３４】
図５に示す突き出し高さｈを３ｍｍ以上とすることで、収容部１８下面の蒸発管３の外周部分が高温循環液専用通路３４となり、蒸発管３の二相流体送出口２８が循環液２５で満たされず、蒸発管３から収容部１８へ送出される循環液２５の二相流体の流動抵抗が小さくなり、循環流量が向上し放熱特性が改善する。特に、本ループ型熱輸送機器１では、蒸発管３が複数並列に配置されているため、高温循環液専用通路３４を設けることで、高温の循環液２５が高温液体流路２０に到達するまでの流れが、蒸発管３から噴出する循環液２５の気液二相流体に妨げられ難く、循環流量が向上する。また、発熱量が極端に小さい場合や、発熱体２４が取り付けられない箇所の、蒸発管３からの逆流を抑制することもできる。さらに、ｈを大きくすれば、本体が傾斜した場合にも二相流体送出口２８が循環液２５で満たされず循環流量が低下しないので放熱特性が向上する。
【００３５】
以上のように、蒸発管３の収容部１８への突き出し高さｈを３ｍｍ以上としたことで、放熱特性が向上し、ループ型熱輸送機器が小型化でき軽量化が可能となる。
【００３６】
実施の形態３．
図７は本実施の形態３によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。また、図８は、図７のＡ−Ａ断面での断面図である。図７および図８において、図１および図２と同一符号は同一または相当する部分を示す。図７および図８で示すように、蒸発管３の二相流体送出口２８の両サイドにガイド３５を設けて、ガイド３５で分離された空間の二相流体送出口２８を含まない空間が高温循環液専用通路３４として形成されるようにした。
【００３７】
このような構成によれば、噴出した循環液２５や蒸気２６から伝熱管１５で凝縮した循環液２５の大部分は、収容部１８とガイド３５とで形成される高温循環液専用通路３４を流れる。このため、二相流体送出口２８上を流れる循環液２５は少なくなり、流動抵抗が小さく放熱特性を向上させることができる。
【００３８】
以上のように、ガイド３５を設けることで、実施の形態２と同様、放熱特性が向上し、ループ型熱輸送機器が小型化でき軽量化が可能となる。
【００３９】
実施の形態４．
図９は本実施の形態４によるループ型熱輸送機器の要部の構成を示す断面図であり、実施の形態１における図２に相当する図である。図９において図２と同一符号は同一または相当する部分を示す。図９に示すように、本実施の形態４によるループ型熱輸送機器の伝熱管１５は、熱交換器１２の収容部１８内の隣接する伝熱管１５同士の隙間ｓが３ｍｍ以上となるように配置されている。隙間ｓが小さいと、隣接する伝熱管１５の外側に形成される凝縮液が連結し、伝熱管１５の周囲に蒸気２６の移動を妨げる凝縮液のブリッジが形成される。そのため、蒸気２６と伝熱管１５とが接する熱交換面積が小さくなり、放熱特性が悪化する。
【００４０】
一例として、図１０に、φ１６ｍｍの銅管１５１を、隙間ｓ＝３ｍｍ（図１０（ａ））、および２ｍｍ（図１０（ｂ））で平行に並べ、その隙間に不凍液の水溶液（エチレングリコール５０％）を流して形成された液ブリッジを観察した結果の模式図を示す。隙間３ｍｍでは、図１０（ａ）に示すように、短辺（２５ｍｍ程度）の液ブリッジ２５１が形成されるが、これ以上成長しようとすると流下する。これに対し、隙間２ｍｍでは、図１０（ｂ）に示すように、長辺の液ブリッジ２５２が形成される。よって、隙間ｓを３ｍｍ以上とすることで液ブリッジが形成されにくくなる。
【００４１】
図９のように隙間ｓを３ｍｍ以上とすることで、凝縮液が流下しやすくなり、隣接する伝熱管１５同士の隙間に液ブリッジが形成されにくくなる。このようにして、熱交換面積が拡大するため放熱特性が向上し、ループ型熱輸送機器を小型化することができ軽量化が可能となる。
【００４２】
実施の形態５．
図１１は本実施の形態５によるループ型熱輸送機器の蒸発管３付近の構成を示す部分拡大断面図であり、実施の形態１における図４に相当する図である。図１１において図４と同一符号は同一または相当する部分を示す。図１１に示すように、実施の形態５によるループ型熱輸送機器では蒸発管３内部にフィン３３を設けている。
【００４３】
このように構成されたループ型熱輸送機器によれば、蒸発管３内部にフィン３３を設けることで気泡核が形成されやすくなり、低発熱時でも沸騰が促進され循環液を適正に循環させることが可能となる。また、蒸発管３内部にフィン３３を設けることで伝熱面積も拡大し、蒸発部の熱抵抗を低減でき冷却性能が向上するため、ループ型熱輸送機器を小型化することができ軽量化が可能となる。
【００４４】
実施の形態６．
図１２および図１３は、本実施の形態６によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。図１２は、放熱器５や、熱交換器１２、高温液体流路２０を取り付け板２７に取り付ける前の状態を示し、図１３は取り付けた後の状態を示している。図１２および図１３において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。図１２および図１３に示すように、実施の形態６によるループ型熱輸送機器では、放熱器５の高温液体送入口６と低温液体送出口１０に、取り付け板２７を貫通するようにパイプ３０、３１を取り付け、高温液体送入パイプ３０を高温液体流路２０に、低温液体送出パイプ３１を熱交換器入口ヘッダ１４の低温液体送入口１３に接続する。
【００４５】
このように構成されたループ型熱輸送機器によれば、蒸発器２および熱交換器１２を接合させた部品と、放熱器５とを別々に製作しておき、最後に高温液体送入パイプ３０と低温液体送出パイプ３１を通す穴を設けた取り付け板２７を挟み込む。取り付け板２７を挟み込んだ後、高温液体送入パイプ３０と高温液体流路２０を、ろう付けや溶接で接合し、低温液体送出パイプ３１と低温液体送入口１３を、ろう付けや溶接で接合できるので製造が容易になる。
【００４６】
また、図１のループ型熱輸送機器では取り付け板２７も接液しているため、蒸留水や不凍液の水溶液などの循環液２５を用いる場合は、取り付け板２７に銅材を使用する必要があるため重量が大きくなるという問題があった。本実施の形態６の構成であれば取り付け板２７は接液しないため、重量の軽いアルミニウム等の材料を使用することが可能となり、ループ型熱輸送機器全体を軽量化することが可能となる。
【００４７】
実施の形態７．
図１４は実施の形態７によるループ型熱輸送機器の構成を示す断面図である。また、図１５は、図１４のＡ−Ａ断面での断面図である。図１４および図１５において、図１および図２と同一符号は同一または相当する部分を示す。図１４および図１５に示すように、本実施の形態７によるループ型熱輸送機器では、蒸発板４と蒸発器ヘッダ管２３の間に固定部材３２を設けている。固定部材３２は、少なくとも蒸発板４を支えるように設けられている。図１に示すループ型熱輸送機器では、蒸発器２の蒸発板４は蒸発管３の外周面と、はんだやろう材等の固定材２９で接合されているのみであるため、蒸発器２に重量の大きい電子機器等の発熱体が取り付けられた場合に、蒸発器の耐久性、耐振動性が低いという問題があった。
【００４８】
本実施の形態７では、はんだやろう材などの固定材２９で接合するだけでなく、蒸発器２の下部に蒸発板４を支えるように固定部材３２を設けているので、固定部材３２の上面で蒸発器２を固定することで、耐久性、耐振動性を向上させることが可能である。また、ループ型熱輸送機器を、固定部材３２を用いて、機器を設置する装置の箱の床面等に固定することも可能である。耐久性、耐振動性を向上させることで部品を薄肉化でき、ループ型熱輸送機器の軽量化が可能となる。
【００４９】
実施の形態８．
図１６〜図１９は本実施の形態８によるループ型熱輸送機器の構成の一部を示す断面図で、蒸発器２と熱交換器１２の部分を示している。図１６〜図１９において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。図１６〜図１９に示すように、実施の形態８によるループ型熱輸送機器では、循環液の封止パイプ３６を設けた。封止パイプ３６は、図１６に示すループ型熱輸送機器では収容部１８に、図１７では熱交換器入口ヘッダ１４に、図１８では熱交換器出口ヘッダ１７に、図１９では予熱液体流路２１に設けられている。
【００５０】
このように構成されたループ型熱輸送機器によれば、封止パイプ３６からループ型熱輸送機器内部を真空排気し、循環液２５を適量封入し、バルブ等で仮封止した状態で仮動作を行うことができる。封止パイプ３６を図１７〜図１９で示すように配置した場合、封止パイプ３６取り付け部は循環液２５で満たされている箇所であるので、低発熱から高発熱まで仮動作で放熱特性を確認しながら液量を調整し、最終的に封止パイプ３６を封じ切ることにより安定動作させることが可能となる。また、これにより液量の最適値を決定することができる。
【００５１】
また、ループ型熱輸送機器では装置内部の残留ガス、循環液２５内に含まれる残留ガス、循環液２５注入後内部で発生する不凝縮ガスは収容部１８に蓄積される構成であるため、図１６のように収容部１８の上部に封止パイプ３６を設けることで、循環液２５の封入後に封止パイプ３６から内部ガスを真空排気することが可能となる。もちろん、図１７〜図１９に示すような液量調節用の封止パイプ３６と、図１６に示すような内部ガス真空排気用の封止パイプ３６を組み合わせて配置しても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１：ループ型熱輸送機器                ２：蒸発器
３：蒸発管（蒸発器内部流路）          ４：蒸発板
５：放熱器                            ６：高温液体送入口
７：放熱器入口ヘッダ                  ８：放熱器内部流路
９：放熱器出口ヘッダ                  １０：低温液体送出口
１１：放熱フィン                        １２：熱交換器
１３：低温液体送入口                    １４：熱交換器入口ヘッダ
１５：伝熱管                            １６：予熱液体送出口
１７：熱交換器出口ヘッダ                １８：収容部
１９：高温液体送出口                    ２０：高温液体流路
２１：予熱液体流路                      ２２：予熱液体送入口
２３：蒸発器ヘッダ管                    ２４：発熱体
２５：循環液                            ２６：蒸気
２７：取り付け板                        ２８：二相流体送出口
２９：固定材                            ３０：高温液体送入パイプ
３１：低温液体送出パイプ                ３２：固定部材
３３：フィン                            ３４：高温液体専用通路
３５：ガイド                            ３６：封止パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月23日(2012.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環液を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路が内部に形成され、外部に発熱体が設置された金属製の蒸発板と、上記蒸発器内部流路下方に位置する予熱液送入口が接続される蒸発器ヘッダ管とで構成される蒸発器と、
上記循環液の高温液体送入口と放熱器内部流路と低温液体送出口とを有し、循環液の熱を放出する放熱器と、
上記放熱器の低温液体送出口から放出された循環液が送入される低温液体送入口を有する熱交換器入口ヘッダと、予熱液体流路を通じて上記蒸発器ヘッダ管へ循環液が送出される予熱液体送出口を有する熱交換器出口ヘッダと、上記熱交換器入口ヘッダと上記熱交換器出口ヘッダとを連結する熱交換器内部流路となる伝熱管と、この伝熱管の周囲に位置し、上記蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口から送出される循環液とこの循環液の蒸気とが収容される収容部とを有して、上記伝熱管の内部の循環液と上記収容部の蒸気との間で熱交換させる熱交換器と、
上記収容部から循環液が送出される高温液体送出口と上記放熱器の高温液体送入口とを連結する高温液体流路と
を備えたループ型熱輸送機器であって、
上記複数の蒸発器内部流路は、上記蒸発板の内部に形成された複数の貫通穴に、それぞれ上記蒸発板の材料とは異なる材料の蒸発管を挿入して形成され、上記蒸発管の一方の端部である上記複数の蒸発器内部流路上方の二相流体送出口は上記収容部の底面より高く突き出ており、かつ上記伝熱管より低い位置に配置されたことを特徴とするループ型熱輸送機器。
【請求項２】
上記循環液が水を含む液体であり、上記蒸発管は、水素よりも標準電極電位が大きい金属で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項３】
上記蒸発板は、上記蒸発管を形成する金属よりも密度が小さい金属材料で構成されたことを特徴とする請求項２に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項４】
上記蒸発板はアルミニウム板で形成されたことを特徴とする請求項３に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項５】
上記蒸発管を銅パイプとしたことを特徴とする請求項４に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項６】
上記蒸発板の両面に上記発熱体を設置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項７】
上記発熱体を複数設置し、この複数の発熱体のうち、より効率高く冷却する必要がある発熱体を他の発熱体よりも上記蒸発板の中央寄りに設置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【請求項８】
上記蒸発器内部流路の内面にフィンを設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のループ型熱輸送機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、循環液を下方から上方へ通流させる複数の蒸発器内部流路が内部に形成され、外部に発熱体が設置された金属製の蒸発板と、蒸発器内部流路下方に位置する予熱液送入口が接続される蒸発器ヘッダ管とで構成される蒸発器と、循環液の高温液体送入口と内部流路と低温液体送出口を有し循環液の熱を放出する放熱器と、放熱器の低温液体送出口から放出された循環液が送入される低温液体送入口を有する熱交換器入口ヘッダと、予熱液体流路を通じて蒸発器ヘッダ管へ循環液が送出される予熱液体送出口を有する熱交換器出口ヘッダと、熱交換器入口ヘッダと熱交換器出口ヘッダとを連結する熱交換器内部流路となる伝熱管と、この伝熱管の周囲に位置し、蒸発器内部流路上方に位置する二相流体送出口から送出される循環液およびこの循環液の蒸気が収容される収容部とを有して、伝熱管の内部の循環液と収容部の蒸気との間で熱交換させる熱交換器と、収容部から循環液が送出される高温液体送出口と放熱器の高温液体送入口とを連結する高温液体流路とを備えたループ型熱輸送機器であって、複数の蒸発器内部流路は、蒸発板の内部に形成された複数の貫通穴に、それぞれ蒸発板の材料とは異なる材料の蒸発管を挿入して形成され、蒸発管の一方の端部である複数の蒸発器内部流路上方の二相流体送出口は収容部の底面より高く突き出ており、かつ伝熱管より低い位置に配置されたものである。
【国際調査報告】
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